宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的(de)证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速(sù)度远远大(dà)于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质(zhì)和(hé)力学(xué)定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方在农场英语为什么用on不用at，在农场为什么用on the farm式运(yùn)动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同的方式(shì)。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那么我在农场英语为什么用on不用at，在农场为什么用on the farm们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域(yù)并不(bù)是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了(le)一个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的(de)平面(mià在农场英语为什么用on不用at，在农场为什么用on the farmn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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